HiPIMS中不同脈沖波形制備氧化鈮薄膜

用5cm直徑的Nb靶材，用HiPIMS，MPPMS和DC電源做對(duì)比測(cè)試不同電源模式下的氧氣進(jìn)氣遲滯回線測(cè)試，如下圖；

圖1，不同制備技術(shù)下的氧氣遲滯曲線與濺射速率

a）為測(cè)試增加氧氣和降低O₂時(shí)，不同電源功率變化（電壓變化）曲線，DC濺射時(shí)存在明顯的遲滯現(xiàn)象，氧氣工藝窗口非常窄，從金屬態(tài)到中毒態(tài)只有1sccm的氧含量變化，而MPPMS和HiPIMS加氧氣的工藝窗口非常大，不容易中毒。

b）NbO濺射速率與O₂含量，DC濺射中毒之后，濺射速率從最高直線下降，而HiPIMS充氧含量對(duì)濺射速率影響不大，沒(méi)有明顯臺(tái)階，相對(duì)于MPPMS技術(shù)，其濺射速率更高；

   測(cè)試不同濺射模式和氧含量下的，輝光離子含量，如圖2所示：

圖2，不同模式下產(chǎn)生離子類型及含量

a）是純Ar下，不同電源的光譜發(fā)生強(qiáng)度測(cè)試，HiPIMS狀態(tài)下，主要為Nb+和Nb₂+離子，而DC濺射，主要為Nb原子。b）在O₂/Ar混合氣體下，HiPIMS和DC區(qū)別基本一致，HiPIMS離化率更高；

HiPIMS在制備氧化物時(shí)，其O₂進(jìn)氣量的范圍更寬，也不容易中毒，工藝窗口更寬。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：主要是HiPIMS狀態(tài)下，產(chǎn)生的高電壓，和高峰值電流，從輝光角度，HiPIMS電源下，能獲得更多含量的Nb+和氧離子，更容易生產(chǎn)氧化鈮。

測(cè)試不同濺射模式下制備氧化鈮的折射率如圖3所示：

圖3，不同制備方法下膜層折射率差別

不同電源制備Nb₂O₅薄膜不同波長(zhǎng)的N，k值曲線；用HiPIMS制備的Nb₂O₅的在560nm處n值最高=2.336，而DC的最低為2.309，主要是HiPIMS制備Nb₂O₅的致密度高，膜層質(zhì)量好，其折射率高。